來(lái)源：《北京汽車(chē)》2023.No.3

作者：程大慶，韓衛(wèi)強(qiáng)，王碩

摘要：鎂合金車(chē)輪在應(yīng)用中主要考慮車(chē)輪強(qiáng)度、防腐性能以及對(duì)整車(chē)能耗的影響等方面，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車(chē)路試，綜合分析判斷鎂合金車(chē)輪強(qiáng)度是否滿足開(kāi)發(fā)要求。對(duì)整車(chē)能耗和續(xù)駛里程兩個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不同車(chē)輛的測(cè)試結(jié)果不完全一致，通過(guò)更換同規(guī)格鎂合金車(chē)輪后，不僅降低了整車(chē)簧下質(zhì)量，也有效降低了整車(chē)能耗，提升了續(xù)駛里程;由于存在電化學(xué)腐蝕，鎂合金車(chē)輪的防腐性能無(wú)法滿足開(kāi)發(fā)要求。

關(guān)鍵詞：鎂合金;輕量化;強(qiáng)度;防腐;整車(chē)能耗

0引言

    車(chē)輪承載整車(chē)質(zhì)量、傳遞力和力矩，車(chē)輪慣性力大小直接影響整車(chē)的加速性能及能耗。車(chē)輪工作環(huán)境嚴(yán)苛，既承受路面及各種飛石沖擊，又伴隨高溫、高濕、高鹽侵蝕，要求車(chē)輪具有良好的安全性和耐腐蝕性。

    20世紀(jì)30年代鋁合金車(chē)輪開(kāi)始應(yīng)用在普通汽車(chē)上，但在我國(guó)起步較晚，2002年我國(guó)轎車(chē)鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率接近 45%，2018 年我國(guó)轎車(chē)鋁合金車(chē)輪裝車(chē)率達(dá)到70%。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，

    鋁合金車(chē)輪越來(lái)越不能滿足輕量化要求。鎂合金作為常見(jiàn)金屬材料中最輕的金屬材料，具有比強(qiáng)度和比剛度高、熱傳導(dǎo)性好、對(duì)振動(dòng)和沖擊吸收性能好、抗凹陷性能好以及焊接和鑄造性能良好等特點(diǎn)。因此，鎂合金車(chē)輪有可能成為輕量化車(chē)輪的發(fā)展方向。

    鋼制車(chē)輪及鋁合金車(chē)輪在實(shí)際應(yīng)用中已被證實(shí)滿足強(qiáng)度和耐腐蝕性要求，且鋁合金車(chē)輪相比鋼制車(chē)輪可以較明顯地改善整車(chē)能耗，鎂合金車(chē)輪由于應(yīng)用較少，其安全性、耐腐蝕性以及對(duì)整車(chē)能耗的影響等方面需要進(jìn)一步研究。

    本文通過(guò)臺(tái)架測(cè)試和道路實(shí)車(chē)測(cè)試，分析鎂合金車(chē)輪在強(qiáng)度、防腐性能以及對(duì)整車(chē)能耗的影響方面是否滿足大眾車(chē)型使用。

1 鎂合金車(chē)輪強(qiáng)度

    使用已有車(chē)型規(guī)格的鎂合金車(chē)輪進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)道路試驗(yàn)，驗(yàn)證鎂合金車(chē)輪強(qiáng)度是否滿足開(kāi)發(fā)要求，試驗(yàn)條件嚴(yán)苛度不低于量產(chǎn)鋁合金車(chē)輪，試驗(yàn)結(jié)束后，鎂合金車(chē)輪未出現(xiàn)裂紋、變形等現(xiàn)象則判斷合格。

1.1 鎂合金車(chē)輪臺(tái)架試驗(yàn)

    臺(tái)架試驗(yàn)的項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備及結(jié)論見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)要求及結(jié)論

由表 1 可知，臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果顯示，鎂合金車(chē)輪的強(qiáng)度滿足整車(chē)開(kāi)發(fā)要求。

1.2 鎂合金車(chē)輪整車(chē)道路耐久試驗(yàn)

    實(shí)車(chē)搭載鎂合金車(chē)輪按照整車(chē)結(jié)構(gòu)道路可靠性試驗(yàn)方法，在江蘇鹽城試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行純壞路整車(chē)耐久綜合試驗(yàn)，整車(chē)滿載狀態(tài)下進(jìn)行 250 個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)約 30 km。

圖 1 為整車(chē)耐久試驗(yàn)結(jié)束后放大 200 倍的鎂

    合金車(chē)輪不同部位金相組織切片，結(jié)果顯示，鎂合金內(nèi)部析出晶粒細(xì)小，且均勻地分布于晶體的晶界處，金相組織沒(méi)有出現(xiàn)聚集偏析現(xiàn)象。

2 鎂合金車(chē)輪防腐能力

    使用已有車(chē)型規(guī)格鎂合金車(chē)輪進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)腐蝕試驗(yàn)，驗(yàn)證鎂合金車(chē)輪防腐能力是否滿足整車(chē)開(kāi)發(fā)要求，試驗(yàn)條件嚴(yán)苛度不低于量產(chǎn)鋁合金車(chē)輪，試驗(yàn)結(jié)束后鎂合金車(chē)輪未出現(xiàn)氣泡、涂層脫落、周邊零部件連接區(qū)域及螺母安裝孔區(qū)域掉塊或車(chē)輪螺母無(wú)法拆卸的現(xiàn)象則判斷合格。

2.1 鎂合金車(chē)輪臺(tái)架防腐試驗(yàn)

    鎂合金車(chē)輪與輪轂法蘭、緊固件等配接零部件按照整車(chē)裝配要求進(jìn)行連接，之后放置在鹽霧箱中進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，每周進(jìn)行一次拆解，記錄鎂合金車(chē)輪與輪轂法蘭接觸面的腐蝕情況，試驗(yàn)反復(fù)進(jìn)行，并持續(xù) 1 000 h。中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)束后鎂合金車(chē)輪表面腐蝕情況見(jiàn)表 2。

表 2 鎂合金車(chē)輪中性鹽霧臺(tái)架試驗(yàn)表面腐蝕情況

    試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)第 1 周鎂合金車(chē)輪安裝面和車(chē)輪螺栓孔腐蝕比較明顯，試驗(yàn)進(jìn)行 840 h后，安裝面邊緣和螺栓孔周邊掉塊十分嚴(yán)重，因?yàn)楦g程度嚴(yán)重所以試驗(yàn)終止，鎂合金車(chē)輪防腐性能未達(dá)到開(kāi)發(fā)要求。

2.2 鎂合金車(chē)輪整車(chē)腐蝕試驗(yàn)

    試驗(yàn)車(chē)輛前輪使用原車(chē)鋁合金車(chē)輪，后輪使用鎂合金車(chē)輪，整車(chē)腐蝕試驗(yàn)在海南汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，共 100 個(gè)循環(huán)，分別在第 10 個(gè)循環(huán)、第 30個(gè)循環(huán)、第 60 個(gè)循環(huán)及試驗(yàn)完成后記錄鋁合金車(chē)輪和鎂合金車(chē)輪的腐蝕情況。整車(chē)腐蝕試驗(yàn)的車(chē)輪腐蝕情況見(jiàn)表 3。

表 3 整車(chē)腐蝕試驗(yàn)車(chē)輪腐蝕情況

    試驗(yàn)結(jié)果顯示，整車(chē)腐蝕試驗(yàn)完成 10 個(gè)循環(huán)后，對(duì)比鎂合金車(chē)輪與鋁合金車(chē)輪，二者涂裝面、安裝法蘭盤(pán)及螺栓孔周?chē)鸂顟B(tài)一致，基本無(wú)腐蝕現(xiàn)象，鎂合金車(chē)輪正面輪輻涂裝位置幾乎無(wú)腐蝕，但安裝面和螺母孔位置存在輕微腐蝕掉塊現(xiàn)象；完成 60 個(gè)循環(huán)后，鋁合金車(chē)輪幾乎無(wú)腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)表面防腐處理的鎂合金車(chē)輪，輪輻正面幾乎無(wú)腐蝕，背面存在輕微腐蝕，安裝面和螺母孔位置腐蝕掉塊現(xiàn)象加劇，出于安全考慮，終止鎂合金車(chē)輪整車(chē)腐蝕試驗(yàn)。

3 鎂合金車(chē)輪對(duì)整車(chē)能耗的影響

3.1 鎂合金車(chē)輪對(duì)燃油車(chē)油耗的影響通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)路試對(duì)比鋁合金車(chē)輪與鎂合金車(chē)輪對(duì)整車(chē)百公里油耗的影響。

    某款燃油車(chē)的 4個(gè)原裝配鋁合金車(chē)輪總質(zhì)量為 47.2 kg，4 個(gè)同規(guī)格鎂合金車(chē)輪總質(zhì)量為 26.0 kg，替換后實(shí)現(xiàn)整車(chē)減重 21.2 kg。分別對(duì)配備鋁合金和鎂合金車(chē)輪的此款燃油車(chē)按照 GB/T 18352.3—2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法》進(jìn)行 NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）油耗臺(tái)架測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)程中加載阻力完全一致，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 4。表 4 顯示，燃油車(chē)配備鎂合金車(chē)輪相比配備鋁合金車(chē)輪，市區(qū)工況百公里油耗降低 1.1%、郊區(qū)高速工況百公里油耗降低 2.5%、百公里綜合油耗降低 2.0%。

表 4 燃油車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)油耗測(cè)試結(jié)果

    對(duì)采用原裝配鋁合金車(chē)輪的燃油車(chē)和更換為同規(guī)格鎂合金車(chē)輪的燃油車(chē)進(jìn)行實(shí)車(chē)路試，在市區(qū)測(cè)試 6 天累計(jì)運(yùn)行 2800 km，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 5， 后者相比前者百公里油耗降低 10.36%。

表 5 燃油車(chē)路試油耗測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 鎂合金車(chē)輪對(duì)純電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)駛里程的影響

    通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)路試，對(duì)比鋁合金車(chē)輪與鎂合金車(chē)輪對(duì)電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)駛里程和整車(chē)能量消耗的影響。

    分別對(duì)配備鋁合金和鎂合金車(chē)輪的某款純電動(dòng)車(chē)按照 GB/T 18386—2017《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，每次試驗(yàn)前車(chē)輛均處于滿電狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 6。表 6顯示，純電動(dòng)車(chē)配備鎂合金車(chē)輪相比配備鋁合金車(chē)輪，在 60 km/h 等速行駛工況下續(xù)駛里程提升3.59%、能量消耗降低 4.13%，在 NEDC 測(cè)試工況下續(xù)駛里程提升 6.57%、能量消耗降低 2.10%。

表 6 純電動(dòng)車(chē)臺(tái)架測(cè)試結(jié)果

    對(duì)分別配備鋁合金和鎂合金車(chē)輪的另一款純 電動(dòng)車(chē)進(jìn)行實(shí)車(chē)路試，在市區(qū)測(cè)試 7 天，試驗(yàn)數(shù) 據(jù)見(jiàn)表7，后者相比前者整車(chē)減重 16 kg，平均百公里耗電量降低 16.67%。

表 7 純電動(dòng)車(chē)路試結(jié)果

4 結(jié)論

    對(duì)鋁合金、鎂合金車(chē)輪分別進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車(chē)路試，得到如下結(jié)論：

  （1）強(qiáng)度方面，鎂合金車(chē)輪與鋁合金車(chē)輪強(qiáng)度性能一致，滿足整車(chē)開(kāi)發(fā)要求；

  （2）整車(chē)能耗方面，同規(guī)格鎂合金車(chē)輪可有效降低整車(chē)質(zhì)量，進(jìn)而降低整車(chē)能耗；

  （3）防腐方面，鎂合金車(chē)輪輪輻正面的防腐性能與鋁合金車(chē)輪相差不大，但受電化學(xué)腐蝕影響，車(chē)輪安裝面、車(chē)輪螺栓孔等處的防腐性能遠(yuǎn)低于鋁合金車(chē)輪?？梢钥闯?，除了鎂合金車(chē)輪成本較高外，電化學(xué)腐蝕是制約其應(yīng)用的重要因素。

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